เซ็นเซอร์ - ตัวแปลงปริมาณทางกายภาพหนึ่งไปเป็นอีกปริมาณหนึ่ง (โดยปกติคือเป็นไฟฟ้า) มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์ในครัวเรือนและอุตสาหกรรม หากไม่มีพวกมัน การวัด แปลงเป็นดิจิทัล และประมวลผลพารามิเตอร์ทางเทคโนโลยี เช่น แรงดันและการไหล (ก๊าซหรือของเหลว) เป็นเรื่องยากมาก ถ้าไม่เป็นไปไม่ได้ อุณหภูมิระดับ ความแรงของสนามแม่เหล็กหรือสนามไฟฟ้า เป็นต้น เซ็นเซอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดตัวหนึ่งคือเซ็นเซอร์ Hall ซึ่งใช้ทั้งในชีวิตประจำวัน (เริ่มด้วยสมาร์ทโฟนหรือแล็ปท็อป) และในเทคโนโลยีอุตสาหกรรมที่ซับซ้อนที่สุด
เนื้อหา
Hall effect - หลักการทำงาน
ผลกระทบนี้ถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2422 โดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน เอ็ดวิน ฮอลล์ และตั้งชื่อตามเขาสาระสำคัญของปรากฏการณ์นี้คือ ถ้าคุณนำแผ่นโลหะแล้วส่งกระแสไฟฟ้าผ่านมัน (ในทิศทาง AB ในรูป) จากนั้นจึงทำปฏิกิริยาบนจานที่มีสนามแม่เหล็ก เช่น สร้างโดยแม่เหล็กถาวร จากนั้นในทิศทางตั้งฉากกับการไหลของกระแส (ซีดีในรูป ) จะมีความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น
ผลกระทบนี้เกิดขึ้นเนื่องจากแรงลอเรนซ์ที่กระทำต่อประจุที่เคลื่อนที่และเคลื่อนตัวไปในทิศทางตั้งฉากกับทิศทางของการเคลื่อนที่ ด้วยเหตุนี้ ความต่างศักย์จึงเกิดขึ้นที่ขอบของเพลต ซึ่งสามารถวัดหรือใช้เพื่อกระตุ้นแอคทูเอเตอร์ (การขยายสัญญาณล่วงหน้า) ความแตกต่างนี้ขึ้นอยู่กับ:
- จากความแรงของกระแสไหล
- จากความแรงของสนามแม่เหล็ก
- เกี่ยวกับความเข้มข้นของสารพาหะฟรีในตัวนำ
ปรากฏการณ์นี้ตั้งชื่อตามผู้ค้นพบ - เอฟเฟกต์ฮอลล์
ประเภทและการจัดเรียงของเซ็นเซอร์ฮอลล์
ผลกระทบที่ค้นพบเมื่อศตวรรษก่อนที่ผ่านมาพบการใช้งานจริง เซ็นเซอร์สนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้น ข้อได้เปรียบของพวกเขาคือไม่มีองค์ประกอบที่เคลื่อนไหวและถู (ต่างจากสวิตช์กก) ดังนั้นความน่าเชื่อถือจึงสูงกว่ามาก ตามหลักความอ่อนไหว เซ็นเซอร์อุตสาหกรรม ห้องโถงแบ่งออกเป็น:
- unipolar (ทำปฏิกิริยากับขั้วแม่เหล็กเพียงอันเดียว - เหนือหรือใต้);
- ไบโพลาร์ (เปิดเมื่อสัมผัสกับสนามแม่เหล็กที่มีขั้วเดียว ปิดเมื่อสัมผัสกับสนามแม่เหล็กที่มีขั้วตรงข้าม)
- omnipolar - ทำปฏิกิริยากับขั้วแม่เหล็กใด ๆ
ความต่างศักย์ที่เกิดจากการกระทำของสนามแม่เหล็กต่อประจุที่เคลื่อนที่คือหน่วย อย่างดีที่สุดสิบไมโครโวลต์ สำหรับการใช้งานจริงไม่เพียงพอ ต้องเพิ่มความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น แอมพลิฟายเออร์เหล่านี้สร้างขึ้นโดยตรงในร่างกายของเซ็นเซอร์ และตามประเภทของแอมพลิฟายเออร์ อุปกรณ์จะแบ่งออกเป็นสองประเภท
- อนาล็อก. แรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตของเซ็นเซอร์นั้นแปรผันตามสนามแม่เหล็ก (ขึ้นอยู่กับความแรงของแม่เหล็กและระยะห่างจากสนามแม่เหล็ก) สร้างขึ้นบนพื้นฐานของแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงานและใช้ในการวัดสนามแม่เหล็ก
- ดิจิทัล. หลังจากติดตั้งเครื่องขยายเสียง เครื่องเปรียบเทียบ หรือทริกเกอร์ Schmitt แรงดันไฟขาออก เมื่อการเหนี่ยวนำแม่เหล็กถึงเกณฑ์ที่กำหนด กระโดดจากศูนย์ไปยังระดับสูง (โดยปกติถึงระดับแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่าย) เซ็นเซอร์ดังกล่าวใช้ในการสร้างรีเลย์แม่เหล็กหรือเครื่องกำเนิดพัลส์ สัญญาณขยายจากเพลตถูกนำไปใช้กับอุปกรณ์ธรณีประตู เมื่อถึงระดับที่ตั้งไว้ เซ็นเซอร์จะทำงาน ระดับทริกเกอร์สามารถปรับได้โดยการเปลี่ยนระยะห่างจากเซ็นเซอร์ไปยังแหล่งกำเนิดของสนามแม่เหล็ก
การประยุกต์ใช้เซ็นเซอร์ฮอลล์
การประยุกต์ใช้เซ็นเซอร์ Hall ในชีวิตประจำวันมากที่สุดคือระบบจุดระเบิดรถยนต์แบบไม่สัมผัส ข้อได้เปรียบของพวกเขาคือการไม่มีกลุ่มสัมผัสทางกล ซึ่งหมายความว่าไม่มีการสึกหรอ ไม่มีการเผาไหม้ของหน้าสัมผัส ไม่มีความเสี่ยงต่อความล้มเหลวของกลไก
ระบบจำหน่ายประกอบด้วยเพลตที่มีฐานรองซึ่งขับเคลื่อนด้วยเพลาข้อเหวี่ยงของเครื่องยนต์ แม่เหล็กถาวร และเซ็นเซอร์ฮอลล์ เมื่อจานหมุน การยื่นออกมาในช่วงเวลาที่กำหนดอย่างเคร่งครัด ซึ่งกำหนดโดยตำแหน่งของเพลาข้อเหวี่ยง จะตกลงไปในช่องว่างระหว่างเซ็นเซอร์กับแม่เหล็ก ทำให้พารามิเตอร์ของสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงไปเซ็นเซอร์สร้างพัลส์ที่ซิงโครไนซ์กับการหมุนของเพลาข้อเหวี่ยง ซึ่งควบคุมการจ่ายแรงดันไฟฟ้าไปยังคอยล์ไฟฟ้าแรงสูง ณ จุดเวลาที่กำหนด นอกจากนี้ เซ็นเซอร์สนามแม่เหล็กในรถยังใช้เพื่อรับรู้ตำแหน่งของเพลาข้อเหวี่ยง
การใช้เซ็นเซอร์ที่ไวต่อสนามแม่เหล็กอีกวิธีหนึ่งคือการกำหนดตำแหน่งของโรเตอร์ของมอเตอร์ไฟฟ้า องค์ประกอบรีเลย์ติดตั้งอยู่บนสเตเตอร์ของมอเตอร์และเปิดใช้งานเมื่อเสาผ่าน บนหลักการนี้ คุณสามารถสร้างตัวนับรอบหรือมาตรวัดความเร็วได้
อุปกรณ์ที่สร้างขึ้นจากเอฟเฟกต์ Hall ใช้ในแล็ปท็อปหรืออุปกรณ์พกพา - เป็นตัวบ่งชี้ตำแหน่งปิดของฝา เมื่อเซ็นเซอร์ทำงาน คอมพิวเตอร์จะเข้าสู่โหมดสลีปหรือปิดเครื่อง และในสมาร์ทโฟน หน้าที่หนึ่งของเซ็นเซอร์ที่ตอบสนองต่อสนามแม่เหล็กโลกก็คือการจัดวางเข็มทิศอิเล็กทรอนิกส์
เซ็นเซอร์ Analog Hall ใช้ในเครื่องมือวัด ซึ่งจำเป็นต้องประเมินระดับของสนามแม่เหล็ก จำเป็นสำหรับการวัดความแรงของกระแสไฟแบบไม่สัมผัสในตัวนำ ดังที่คุณทราบ เมื่อกระแสไหลผ่านตัวนำ จะมีสนามแม่เหล็กเกิดขึ้นรอบๆ ความเข้มของมันขึ้นอยู่กับความแรงของกระแส ถ้ากระแสสลับกัน สามารถวัดสนามด้วยวิธีอื่นได้ (เช่น กับหม้อแปลงกระแส) แต่ด้วยกระแสตรง เซนเซอร์ Hall เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ แคลมป์กระแสไฟตรงทำงานบนหลักการนี้
การประยุกต์ใช้เอฟเฟกต์ Hall ที่แปลกใหม่ที่สุดคือการสร้างเครื่องยนต์จรวดไอออนตามหลักการ
วิธีตรวจสอบประสิทธิภาพของเซ็นเซอร์ Hall
ในการตรวจสอบเซ็นเซอร์คุณสามารถประกอบวงจรง่าย ๆ ซึ่งนอกจากตัวเซ็นเซอร์แล้วคุณจะต้อง:
- แหล่งจ่ายไฟสำหรับแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ
- ตัวต้านทาน มีความต้านทานประมาณ 1 kOhm;
- ไดโอดเปล่งแสง;
- แม่เหล็ก.
หากไม่มี LED คุณก็ทำได้แทน (และตัวต้านทานจำกัดกระแส) ใช้มัลติมิเตอร์ (ดิจิตอลหรือตัวชี้) ในโหมดการวัดแรงดันไฟฟ้า
ไม่มีข้อกำหนดพิเศษสำหรับแหล่งจ่ายไฟ - กระแสในวงจรมีขนาดเล็กมาก แรงดันไฟฟ้าต้องอยู่ภายในแรงดันไฟฟ้าของเซ็นเซอร์ที่ทดสอบ LED เชื่อมต่อกับขั้วบวกกับแหล่งจ่ายแรงดัน แคโทดไปยังเอาต์พุตของอุปกรณ์ที่ทดสอบ เนื่องจากปกติแล้วเซ็นเซอร์จะทำด้วยตัวรวบรวมแบบเปิด (แต่ควรตรวจสอบบนแผ่นข้อมูลจะดีกว่า)
ขั้นตอนการทดสอบขึ้นอยู่กับประเภทของอุปกรณ์ที่ทดสอบ
- ในการทดสอบเซ็นเซอร์ดิจิทัลแบบขั้วเดียว คุณต้องนำแม่เหล็กหนึ่งขั้วไปเสียบไว้ ไฟ LED ควรสว่างขึ้น (ลูกศรของโวลต์มิเตอร์ของตัวชี้เบี่ยงเบนหรือค่าที่อ่านได้ของตัวทดสอบดิจิทัลเปลี่ยนไปอย่างกะทันหัน) เมื่อแม่เหล็กถูกดึงออกไปในระยะทางที่ไกลพอสมควร วงจรควรกลับสู่ตำแหน่งเดิม หากเซ็นเซอร์ไม่ทำงาน จำเป็นต้องพลิกแม่เหล็กด้วยอีกขั้วหนึ่งแล้วทำซ้ำตามขั้นตอน หากไฟ LED กะพริบ แสดงว่าเซ็นเซอร์ทำงาน หากไม่ประสบความสำเร็จในตำแหน่งใดๆ ของแม่เหล็ก แสดงว่าอุปกรณ์นั้นใช้งานไม่ได้
- เซ็นเซอร์ดิจิทัลแบบไบโพลาร์ได้รับการทดสอบโดยใช้เทคนิคที่คล้ายคลึงกัน มีเพียง LED เท่านั้นที่จะติดสว่างที่ตำแหน่งของแม่เหล็ก และไม่ดับเมื่อเอาแหล่งกำเนิดสนามแม่เหล็กออก วงจรไม่ควรตอบสนองต่อการปรับแต่งเพิ่มเติมด้วยเสาเดียวกัน หากคุณพลิกแม่เหล็กและนำไปที่เซ็นเซอร์ในขั้วตรงข้าม ไฟ LED จะดับลง สิ่งนี้บ่งบอกถึงความสมบูรณ์ของอุปกรณ์ที่ทดสอบหากวงจรไม่ทำงานแสดงว่าเซ็นเซอร์ไม่ทำงาน
- เซ็นเซอร์ Hall แบบดิจิตอลแบบ Omnipolar ได้รับการทดสอบในลักษณะเดียวกับเซ็นเซอร์แบบ unipolar แต่อุปกรณ์ที่มีความไวต่อสนามแม่เหล็กควรทำงานในตำแหน่งใดก็ได้ของแม่เหล็ก
เซ็นเซอร์อะนาล็อกได้รับการตรวจสอบในลักษณะเดียวกับเซ็นเซอร์ดิจิทัล แต่แรงดันเอาต์พุตไม่ควรเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหัน แต่ควรราบรื่นเมื่อแรงแม่เหล็กเพิ่มขึ้น (เช่น แม่เหล็กถาวรเข้าใกล้หรือกระแสที่เพิ่มขึ้นในขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า)
จากมุมมองเชิงปฏิบัติ คำถามเกี่ยวกับวิธีการตรวจสอบเซ็นเซอร์ Hall ที่ติดตั้งในระบบจุดระเบิดแบบไร้สัมผัสของรถยนต์นั้นน่าสนใจ ในการดำเนินการนี้ ให้ถอดขั้วต่อออกจากเซ็นเซอร์และประกอบวงจรที่ระบุบนหมุดโดยตรง
คุณยังสามารถเปลี่ยน LED ด้วยมัลติมิเตอร์ได้ที่นี่ เมื่อหมุนเพลาข้อเหวี่ยงของรถด้วยตนเอง คุณสามารถสังเกตไฟ LED กะพริบเป็นระยะๆ หรือการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟขาออกจากศูนย์เป็นค่าประมาณแรงดันไฟฟ้าของระบบไฟฟ้ารถยนต์ อีกวิธีหนึ่งในการเช็คอินในโรงรถคือเปลี่ยนอุปกรณ์ชั่วคราวด้วยเซ็นเซอร์สำรองที่รู้จักดี
เซ็นเซอร์ Hall พบการใช้งานอย่างกว้างขวางในอุปกรณ์ในครัวเรือนและอุตสาหกรรม ไม่ยากที่จะตรวจสอบความสามารถในการให้บริการหากมีความเข้าใจในหลักการทำงาน
บทความที่คล้ายกัน:
